DE19861008B4

DE19861008B4 - Lasersystem

Info

Publication number: DE19861008B4
Application number: DE19861008A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Brauch; Hans Dr. Opower; Adolf Dr. Giesen
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Institut fuer Strahlwerkzeuge Universitaet Stuttgart
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Institut fuer Strahlwerkzeuge Universitaet Stuttgart
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: DE19811032A1; DE19811032B4

Abstract

Um ein Lasersystem zur Erzeugung eines kohärenten Laserstrahlungsfeldes, welches auf eine Zielfläche abbildbar ist, umfassend eine Vielzahl von phasenstabil zueinander arbeitenden Halbleiterlasern, derart zu verbessern, dass dieses auch mit Halbleiterlasern effizient arbeitet, wird vorgeschlagen, dass eine Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterlasern ein Subsystem bildet, dass alle Halbleiterlaser des Subsystems durch eine Ausgangsseite der Halbleiterlaser eingekoppelte Masterlaserstrahlung mit derselben Wellenlänge phasenstabil zueinander arbeiten und dass aus den einzelnen Halbleiterlasern des jeweiligen Subsystems austretende Einzellaserstrahlung durch eine Abbildungsoptik des jeweiligen Subsystems zu einem kohärenten Laserstrahlungsfeld zusammengefasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Erzeugung eines kohärenten Laserstrahlungsfeldes, welches auf eine Zielfläche abbildbar ist, umfassend eine Vielzahl von phasenstabil zueinander arbeitenden Halbleiterlasern.
Derartige Lasersysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Beispielsweise ist ein derartiges Lasersystem in der WO 94/17575 A1 offenbart.

Bei diesem genannten Lasersystem wird davon ausgegangen, daß als Subsystem jeweils ein einziger Halbleiterlaser oder ein einziger Halbleiterlaserverstärker eingesetzt werden und die von diesen erzeugte Laserstrahlung jeweils zum Gesamtstrahlungsfeld zusammengeführt wird.

Diese Lösung ist dann realisierbar, wenn der einzelne als Subsystem dienende Halbleiterlaser oder der einzelne als Subsystem dienende Halbleiterlaserverstärker jeweils Einzellaserstrahlung mit ausreichend hoher Leistung erzeugen.

Sollen jedoch Halbleiterlaser und Halbleiterlaserverstärker eingesetzt werden, welche nur Leistungen im Bereich einiger hundert Milliwatt abgeben, so ist das bekannte Lasersystem zu aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß dieses auch mit Halbleiterlasern effizient arbeitet und kostengünstig realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Lasersystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterlasern ein Subsystem bildet, daß alle Halbleiterlaser des Subsystems durch durch eine Ausgangsseite der Halbleiterlaser eingekoppelte Masterlaserstrahlung mit derselben Wellenlänge phasenstabil zueinander arbeiten und daß aus den einzelnen Halbleiterlasern des jeweiligen Subsystems austretende Einzellaserstrahlung durch eine Abbildungsoptik des jeweiligen Subsystems zu einem kohärenten Laserstrahlungsfeld zusammengefaßt ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Bildung eines Subsystems aus einer Vielzahl von Halbleiterlasern, deren Einzellaserstrahlung durch die Koppeleinrichtung zu einem kohärenten Laserstrahlungsfeld zusammengefaßt ist, eine einfache Möglichkeit besteht, auch geringe Laserleistung aufweisende Halbleiterlaser einzusetzen, wobei eine effiziente Zusammenfassung der Einzellaserstrahlungsfelder zu einem kohärenten Strahlungsfeld mittels der Koppeleinrichtung nur dadurch effizient und kostengünstig möglich ist, daß die einzelnen Halbleiterlaser durch in diese eingekoppelte Masterlaserstrahlung in einfacher Art und Weise so betrieben werden können, daß sie mit exakt derselben Wellenlänge und phasenstabil zueinander arbeiten, so daß mit der Koppeleinrichtung das kohärente Strahlungsfeld aufgrund der bereits relativ zueinander phasenstabilen Einzellaserstrahlung in einfacher Weise herstellbar ist.

Ferner ist der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darin zu sehen, daß diese Subsysteme selbst durch integrierte Optik oder mikrooptische Bauelemente rationell in der erforderlichen Stückzahl herstellbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung setzt dabei voraus, daß sämtliche Halbleiterlasereinheiten eines Subsystems so aufgebaut und unter derartigen Betriebsbedingungen betrieben werden, daß deren Moden und Verstärkungsprofil so liegen, daß die Masterlaserstrahlung einen Laserbetrieb bei einer der Moden des Halbleiterlasers vorgibt, so daß das Einkoppeln von Masterlaserstrahlung zur Folge hat, daß alle Halbleiterlaser dann exakt bei einer Wellenlänge arbeiten, die der Wellenlänge der Masterlaserstrahlung entspricht.

Besonders effizient sind jedoch mit Masterlaserstrahlung arbeitende Halbleiterlaser, bei welchen die Masterlaserstrahlung durch die Ausgangsseite in die jeweiligen Halbleiterlaser einkoppelbar ist.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß die optischen Elemente zur Umsetzung der Lasermode jedes Halbleiterlasers in das entsprechende Einzellaserstrahlungsfeld auch dazu eingesetzt werden, in umgekehrter Weise das Masterlaserstrahlungsfeld optimal an die Lasermode der Halbleiterlaser anzupassen, die die Masterlaserstrahlung vorgeben soll.

Darüber hinaus hat diese Vorgehensweise noch den Vorteil, daß durch das Einkoppeln der Masterlaserstrahlung von der Ausgangsseite her, bereits Phasensprünge, die beispielsweise durch den ausgangsseitigen Reflektor bedingt sind, für alle Halbleiterlaser im wesentlichen dieselben sind, da die Masterlaserstrahlung all die optischen Bauelemente, die von der Einzellaserstrahlung durchsetzt werden und Phasenänderungen zur Folge haben, in umgekehrter Richtung durchsetzt und somit letztlich in jedem Halbleiterlaser die Einzellaserstrahlung mit einer Phasenlage entstehen läßt, welche dieselben nachfolgenden Phasenänderungen durch die nachfolgenden optischen Bauelemente berücksichtigt.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Masterlaserstrahlung über ein von der Einzellaserstrahlung durchsetztes Einkoppelelement einkoppelbar ist, so daß die Masterlaserstrahlung auf dem Weg in jeden der Halbleiterlaser den optischen Weg in die Halbleiterlaser durchsetzt, welcher in umgekehrter Richtung von der Einzellaserstrahlung durchsetzt wird.

Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Masterlaserstrahlung über ein von dem kohärenten Laserstrahlungsfeld durchsetztes Einkoppelelement in die Halbleiterlaser einkoppelbar ist, so daß die Masterlaserstrahlung in Form eines einfach generierbaren Masterlaserstrahlungsfeldes mit im wesentlichen ebenen Wellenfronten auf das Einkoppelelement auftreffen kann und dann die Masterlaserstrahlung auf ihrem Weg in die einzelnen Halbleiterlaser stets alle von den zu durchlaufenden optischen Bauteilen bedingten Phasenänderungen ebenfalls erfährt und somit in den jeweiligen Halbleiterlaser optimal eingekoppelt wird.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Halbleiterlasers, welcher insbesondere als Halbleiterlaseroszillator ausgebildet ist, da mit diesem eine definierte Mode und eine definierte Phasenlage entsprechend der Masterlaserstrahlung mit einfacheren Mitteln einzuhalten sind als im Fall von Halbleiterlaserverstärkern.

Hinsichtlich der Ausbildung der Koppeleinrichtung wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Koppeleinrichtung die Einzellaserstrahlung durch eine optische Abbildungsoptik zu dem kohärenten Laserstrahlungsfeld vereinigt, das beispielsweise in die Singlemodefaser einkoppelbar ist.

Vorzugsweise läßt sich die Abbildungsoptik so ausbilden, daß sie aus den Einzellaserstrahlungen sich parallel zueinander ausbreitende Einzellaserstrahlungsfelder mit jeweils im wesentlichen ebenen Wellenfronten bildet. Derartige Einzellaserstrahlungsfelder lassen sich dann besonders einfach zu einem kohärenten Laserstrahlungsfeld vereinigen.

Es ist aber auch möglich, daß diese Einzellaserstrahlungsfelder bereits selbst phasengleich zueinander liegen und somit selbst das kohärente Laserstrahlungsfeld bilden.

In einem derartigen Fall einer Abbildungsoptik ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Abbildungsoptik alle Einzellaserstrahlungsfelder eines Subsystems in die für dieses vorgesehene Singlemodefaser fokussiert.

Bei Verwendung einer Abbildungsoptik, welche aus den einzelnen Laserstrahlungen Einzellaserstrahlungsfelder erzeugt, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Masterlaserstrahlung über die Einzellaserstrahlungsfelder in die Halbleiterlaser einkoppelbar ist, da im Bereich der Einzellaserstrahlungsfelder ein relativ großer Strahlquerschnitt zur Verfügung steht, über welchen eine optimale Einkopplung der Masterlaserstrahlung erfolgen kann.

Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht dabei vor, daß die Masterlaserstrahlung über ein von allen Einzellaserstrahlungsfeldern durchsetztes Einkoppelelement in die Halbleiterlaser einkoppelbar ist, das heißt, daß ein einziges Einkoppelelement sämtliche Einzellaserstrahlungsfelder des Subsystems erfaßt und somit in der Lage ist, Masterlaserstrahlung in alle Halbleiterlaser des Subsystems gleichzeitig einzukoppeln.

Bei Einsatz einer Abbildungsoptik läßt sich ferner noch die Kopplung der Einzellaserstrahlungsfelder dadurch verbessern, daß die Abbildungsoptik eine Phasenplatte aufweist, welche eine Gleichverteilung der Intensität über den Querschnitt des jeweiligen Einzellaserstrahlungsfeldes bewirkt und somit zur Folge hat, daß sich die Einzellaserstrahlungsfelder optimal phasengleich überlagern.

Besonders günstig läßt sich eine Abbildungsoptik als Koppelelement dann einsetzen, wenn die Einzellaserstrahlung nicht durch einen Wellenleiter geführt ist, sondern sich als Freistrahl im Raum ausbreitet und in dieser Form die Abbildungsoptik durchsetzt.

Bei Verwendung einer vorstehend beschriebenen Abbildungsoptik hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Masterlaserstrahlung über ein zwischen der Abbildungsoptik und der Singlemodefaser angeordnetes Einkoppelelement in die Halbleiterlaser einkoppelbar ist, da in diesem Fall die Möglichkeit besteht, mit der Masterlaserstrahlung alle durch die Abbildungsoptik bedingten Änderungen der Phasenlage für alle Halbleiterlaser im wesentlichen gleich groß zu halten, da die Masterlaserstrahlung die gesamte Abbildungsoptik in umgekehrter Richtung durchsetzt wie die Einzellaserstrahlungen, so daß ein unterschiedlicher Einfluß der Abbildungsoptik auf die Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder möglichst gering ist.

Eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß die Masterlaserstrahlung über ein aus Wellenleitern gebildetes Einkoppelelement in die Halbleiterlaser einkoppelbar ist. Ein derartiges Einkoppelelement aus Wellenleitern kann entweder so angeordnet sein, daß es von der kohärenten Laserstrahlung des Subsystems durchsetzt ist oder es kann so angeordnet sein, daß jedem einzelnen Halbleiterlaser ein derartiges Einkoppelelement zugeordnet ist.

Eine weitere alternative Lösung sieht vor, daß die Masterlaserstrahlung über eine optische Diode als Einkoppelelement in die Halbleiterlaser einkoppelbar ist. In diesem Fall ist vorzugsweise die optische Diode so angeordnet, daß in diese die kohärente Laserstrahlung des Subsystems eintritt und außerdem die Masterlaserstrahlung, aus der optischen Diode in Richtung der Halbleiterlaser austritt.

Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele wurde lediglich darauf eingegangen, daß die Masterlaserstrahlung für alle Halbleiterlaser mit ungefähr derselben Phasenlage in diese eintritt und somit die Halbleiterlaser mit im wesentlichen definierter Phasenlage relativ zueinander arbeiten läßt.

Um jedoch auch noch geringe Phasenunterschiede korrigieren zu können, insbesondere um eine im wesentlichen vollständige Phasenkorrelation zwischen den Einzellaserstrahlungsfeldern zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Halbleiterlaser des jeweiligen Subsystems mit jeweils einem Teil der Masterlaserstrahlung frequenz- und phasendefiniert betrieben sind und daß der jeweils in einer der Halbleiterlaser eingekoppelte Teil der Masterlaserstrahlung ein Phasenstellelement durchsetzt. Mit einem derartigen Phasenstellelement läßt sich dann für jeden einzelne der Halbleiterlaser die Phasenlage des Einzellaserstrahlungsfeldes festlegen und somit auch die Phasenlagen der Einzellaserstrahlungsfelder relativ zueinander.

Besonders günstig ist eine relative Phasenlage zwischen den Einzellaserstrahlungsfeldern, welche in einer Eintrittsebene in die Singlemodefaser eine kohärente Überlagerung aller Einzellaserstrahlungen ergibt, derart daß eine maximale Leistung in die Singlemodefaser eingekoppelt wird.

Die Phasenstellelemente können beispielsweise so angeordnet sein, daß diese von dem jeweiligen Teil der Masterlaserstrahlung und auch dem jeweiligen Einzellaserstrahlungsfeld durchsetzt sind, so daß die von dem Phasenstellelement bewirkte Korrektur sich sowohl auf den Teil der Masterlaserstrahlung auswirkt, der auf den jeweiligen Halbleiterlaser auftrifft, als auch auf das von diesem Halbleiterlaser generierte Einzellaserstrahlungsfeld.

Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Phasenstellelemente außerhalb der Einzellaserstrahlungsfelder angeordnet sind, das heißt, wenn diese lediglich von dem Teil der Masterlaserstrahlung durchsetzt werden, welcher dann den jeweiligen Halbleiterlaser beaufschlagt.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Phasenkorrekturelemente Phasenlagen in den einzelnen Teilen der Masterlaserstrahlung vor deren Überlagerung mit den Einzellaserstrahlungsfeldern korrigieren, da in diesem Fall die Anordnung der Phasenstellelemente besonders günstig ist, und die Einzellaserstrahlungsfelder die in der Regel verlustbehafteten Phasenkorrekturelemente nicht mehr durchsetzen.

Hinsichtlich der Funktionsweise der Phasenstellelemente sind die unterschiedlichsten Varianten denkbar. So wäre es beispielsweise denkbar, die Phasenstellelemente so anzusteuern, daß diese einmal einstellbar sind und dann der Phasenkorrekturwert unverändert bleibt. Mit dieser Lösung besteht jedoch das Problem, das thermische Veränderungen, beispielsweise Änderungen in den einzelnen Phasenlagen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen nicht nachkorrigiert werden können. Aus diesem Grund sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß das Phasenstellelement von einer Steuerung definiert angesteuert ist und somit mittels der Steuerung die Möglichkeit besteht, ständig die vom Phasenkorrekturwert korrigierte Phasenlage an gegebenenfalls auftretende Änderungen der Phasenlage anzupassen.

Die Steuerung kann beispielsweise die Phasenstellelemente aufgrund gespeicherter Korrekturwerte ansteuern.

Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Steuerung eine relative Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder zueinander mittels den Einzellaserstrahlungsfeldern zugeordneten Detektorelementen erfaßt und dann aufgrund der erfaßten Phasenlage die Phasenstellelemente für die einzelnen Teile der Masterlaserstrahlung, welche die die einzelnen Einzellaserstrahlungsfelder erzeugenden einzelnen Halbleiterlaser beaufschlagen, ansteuert, so daß damit eine Phasenregelung möglich ist.

Eine derartige Erfassung der relativen Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder zueinander ist in unterschiedlicher Art und Weise möglich. Eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise sieht vor, daß die Steuerung die relative Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder durch Überlagerung derselben mit einer Referenzlaserstrahlung erfaßt. Beispielsweise könnte dabei als Referenzlaserstrahlung die Strahlung eines Einzellaserstrahlungsfeldes eingesetzt werden, die dann allen anderen Einzellaserstrahlungsfeldern überlagert wird, so daß dann an den Detektoren die relative Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder zueinander erkennbar ist.

Eine besonders einfache Art zur Feststellung der relativen Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder zueinander sieht vor, daß die Referenzlaserstrahlung durch einen ausgekoppelten Teil der Masterlaserstrahlung gebildet ist, die auf alle Detektoren auftrifft und somit in Überlagerung mit den jeweiligen Einzellaserstrahlungsfeldern dann an den Detektoren ein Intensitätssignal erzeugt, welches die relative Phasenlage angibt.

Die Halbleiterlaser des Subsystems können in unterschiedlicher Art und Weise angeordnet sein. Beispielsweise wäre es denkbar, einzelne Halbleiterlaser für jedes Subsystem vorzusehen.

In diesem Fall sind vorzugsweise die Halbleiterlasereinheiten des Subsystems in zumindest einer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet. Eine derartige Anordnung der Halbleiterlaser ist jedoch dann besonders vorteilhaft, wenn sämtliche Halbleiterlasereinheiten des Subsystems in einem Block zusammengefaßt sind.

Eine noch höhere Leistung bei möglichst kompakter Bauweise läßt sich insbesondere dann erreichen, wenn die Halbleiterlaser des Subsystems in einer Fläche angeordnet sind, so daß aus einer zweidimensionalen Anordnung von Halbleiterlasereinheiten die Laserstrahlung austritt und gekoppelt werden kann.

Dabei ist es besonders günstig, wenn die Halbleiterlaser des Subsystems in der Fläche in einem definierten Flächenmuster angeordnet sind.

Die Halbleiterlaser könnten beispielsweise blockweise zusammengefaßte Kantenemitter sein, wobei mehrere Blöcke mit jeweils einer Vielzahl von in einer Richtung aufeinanderfolgend angeordneten Kantenemittern aufeinander liegen, so daß letztlich die Austrittsflächen sämtlicher Kantenemitter ebenfalls in einer Fläche liegen und die Einzellaserstrahlung ungefähr senkrecht zu dieser Fläche austritt.

Noch einfacher läßt sich eine derartige Anordnung jedoch dann realisieren, wenn die Halbleiterlaser des Subsystems Vertikalemitter sind, welche sich in einfacher Weise auf einem Substrat in einer Fläche so dicht beieinanderliegend anordnen lassen, daß die erzielbare Laserleistung pro Flächeneinheit größer als bei anders aufgebauten Systemen ist.

Bei derartigen als Halbleiterlaser eingesetzten Vertikalemittern lassen sich in besonders einfacher Weise externe Auskoppelspiegel realisieren, wobei als Auskoppelspiegel vorzugsweise konkave Auskoppelspiegel für die Halbleiterlaser Verwendung finden.

Ein derartiger externer Resonator hat den Vorteil, daß sich mit diesem definierte Lasermoden einstellen lassen.

Vorzugsweise arbeitet ein Halbleiterlaser mit einem derartigen externen Auskoppelspiegel so, daß vorzugsweise die Einzellaserstrahlung als Freistrahl aus dem jeweiligen einzelnen Halbleiterlaser austritt.

Beispielsweise wäre es denkbar, für jeden einzelnen Halbleiterlaser einen eigenen und justierbaren Auskoppelspiegel vorzusehen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß eine Vielzahl von einzelnen Auskoppelspiegeln erforderlich ist. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Auskoppelspiegel auf einem Träger angeordnet sind.

Eine besonders im Hinblick auf die zu verwendenden Teile günstige Lösung sieht dabei vor, daß der Auskoppelspiegel als Beschichtung auf einem Element der Abbildungsoptik ausgebildet ist und somit die Abbildungsoptik mit ihrer Beschichtung auf einer vorzugsweise den Halbleiterlasern zugewandten Seite der Abbildungsoptik vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Zahl der optischen Elemente relativ einfach reduzierbar und außerdem die gesamte Einheit sehr kostengünstig herstellbar.

Auch bei allen Einheiten, bei welchen ein externer Auskoppelspiegel vorgesehen ist, ist vorzugsweise die Einzellaserstrahlung nicht in einem Wellenleiter geführt, sondern breitet sich, lediglich beeinflußt durch die durchsetzten Abbildungsoptiken, frei im Raum aus.

Alternativ zur Ausbreitung der jeweiligen Einzellaserstrahlung frei im Raum sieht ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel vor, daß die Einzellaserstrahlung jedes Halbleiterlasers in einen als Wellenleiterstruktur auf einem Träger ausgebildeten ersten Wellenleiter einkoppelbar ist. Diese Lösung hat den Vorteil, daß sie sich einerseits einfach aufbauen läßt und andererseits ohne großen Justieraufwand die Herstellung eines erfindungsgemäßen Subsystems besonders kostengünstig realisierbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die ersten Wellenleiter mehrerer Halbleiterlaser auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, noch vorteilhafter ist es, wenn die ersten Wellenleiter aller Halbleiterlaser des jeweiligen Subsystems auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Bei einer derartigen Lösung lassen sich in besonders einfacher Weise eine Vielzahl von die Einzellaserstrahlungen aufnehmenden Komponenten als integrierte Optik herstellen.

Um die Masterlaserstrahlung in eine derartige Lösung besonders effizient einkoppeln zu können, ist vorgesehen, daß die ersten Wellenleiter die eingekoppelte Einzellaserstrahlung zu einem Einkoppelelement führen, welches einerseits die Einzellaserstrahlung in einen zur Singlemodefaser führenden zweiten Wellenleiter weiterkoppelt und andererseits die Masterlaserstrahlung in den ersten Wellenleiter einkoppelt. Eine derartige Lösung hat den Vorteil, daß sie sich einerseits einfach herstellen läßt und dabei nach wie vor in einfacher Weise eine effiziente Einkopplung der Masterlaserstrahlung in jede einzelne Einzellaserstrahlung mit je einem hierzu vorgesehenen Einkoppelelement erfolgen kann.

Noch günstiger ist diese Lösung, wenn die zweiten Wellenleiter als Wellenleiterstruktur auf einem Träger angeordnet sind und somit auch die zweiten Wellenleiter bereits ebenfalls in Form einer integrierten Optik hergestellt werden können.

Besonders große Vorteile ergeben sich dann, wenn die Einkoppelelemente als Wellenleiterstrukturen auf einem Träger angeordnet sind, so daß sich ebenfalls auch die Einkoppelelemente selbst als Wellenleiterstruktur relativ zu den ersten Wellenleitern und gegebenenfalls auch zweiten Wellenleitern einfach ankoppeln und positionieren lassen.

Prinzipiell besteht auch bei einer derartigen Lösung die Möglichkeit, die Koppeleinrichtung zwischen den ersten Wellenleitern und dem Einkoppelelement für die Masterlaserstrahlung anzuordnen und somit einerseits nur ein Einkoppelelement zu erhalten, andererseits aber auch die Möglichkeit zu erhalten, mit der eingekoppelten Laserstrahlung die Koppeleinrichtung selbst zu durchlaufen und somit sämtliche von der Koppeleinrichtung hervorgerufenen Änderungen der Phasenlage bereits über die Phase der Masterlaserstrahlung im Halbleiterlaser zu berücksichtigen, so daß jeder Halbleiterlaser phasenstabil relativ zum andern seine Einzellaserstrahlung erzeugt und diese dann nach durchlaufen der jeweiligen Komponenten und auch der Koppeleinrichtung eine mit den anderen Einzellaserstrahlung identische Phasenlage hat, so daß sich am Ende der Koppeleinrichtung sämtliche Einzellaserstrahlungen phasengleich überlagern, ohne daß – sofern die optischen Weglängen identisch sind – zusätzliche Phasenstellglieder erforderlich sind. Dies erfolgt ausschließlich dadurch, daß die Einkopplung der Masterlaserstrahlung nach den wesentlichen, für die Veränderung der Phasenlage verantwortlichen Komponenten erfolgt.

Eine noch günstigere Lösung sieht jedoch vor, daß die Koppeleinrichtung zwischen den zweiten Wellenleitern und der Singlemodefaser angeordnet ist, so daß die Koppeleinrichtung letztlich die die zweiten Wellenleiter verlassenden Einzellaserstrahlungen phasengleich miteinander koppelt.

Hinsichtlich des Aufbaus der Koppeleinrichtung selbst wurden keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Koppeleinrichtung als Wellenleiterkoppler ausgebildet ist.

Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Koppeleinrichtung als Wellenleiterstruktur auf einem Träger ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Träger derselbe Träger ist, wie der der die ersten und gegebenenfalls auch zweiten Wellenleiter und gegebenenfalls auch Einkoppelelemente trägt.

Eine derartige Koppeleinrichtung ist vorzugsweise so aufgebaut, daß sie jeweils zwei Eingänge und mindestens einen Ausgang aufweisende Koppelelemente umfaßt, und daß an dem jeweiligen Ausgang die an den Eingängen eintretenden Einzellaserstrahlungen überlagert sind. Eine derartige Lösung läßt sich beispielsweise besonders vorteilhaft dann einsetzen, wenn die Masterlaserstrahlung nach der Koppeleinrichtung eingekoppelt wird und somit auf ihrem Weg zu den jeweiligen Halbleiterlasern die Koppeleinrichtung durchläuft. In diesem Fall ist – sofern die optischen Weglängen identisch sind – keinerlei zusätzliche Phasenjustierung erforderlich, da jeder Halbleiterlaser durch die Masterlaserstrahlung in einer Phasenlage arbeitet, die sicherstellt, daß die Einzellaserstrahlung nach Durchlaufen der Koppeleinrichtung genau eine derartige Phasenlage aufweist, die phasengleich mit den Einzellaserstrahlungen der übrigen Halbleiterlasereinheiten ist, um sicherzustellen, daß sich alle Einzellaserstrahlungen aller Halbleiterlasereinheiten zu einem kohärenten Laserstrahlungsfeld überlagern.

Um sich gegebenenfalls ändernde optische Weglängen ausgleichen zu können, sieht eine weitere vorteilhafte Lösung vor, daß jedes der Koppelelemente mit einem Phasenstellglied versehen ist, um die sich in den zwei Wellenleiterstrukturen ausbreitende Laserstrahlungen phasendefiniert zu überlagern. Beispielsweise ist mit einem derartigen Phasenstellglied die Möglichkeit gegeben, die Phase der beiden Laserstrahlungen so zu wählen, daß ausgangsseitig des Koppelelements eine phasengleiche Überlagerung derselben erfolgt.

Mit dem Phasenstellglied ist somit die Möglichkeit gegeben, die Phasenlage, mit welcher sich die Laserstrahlungen überlagern, vorzugeben.

Ein derartiges Phasenstellglied kann auch dazu eingesetzt werden, um die am Ausgang des Koppelelements auskoppelbare Laserstrahlung allein durch die mit dem Phasenstellglied einstellbare Phasenlage zwischen maximalem Intensität und Intensität Null beliebig zu modulieren. Eine besonders zweckmäßige Lösung eines derartigen Koppelelements sieht vor, daß das Koppelelement zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist und das an einem Ausgang ein Strahlungsdetektor angeordnet ist, mit welchem das Phasenstellglied steuerbar ist.

Mit einem derartigen Strahlungsdetektor ist die Intensität der ankommenden Laserstrahlung erfaßbar und somit auch erkennbar, welche Intensität am anderen Ausgang anliegt, da die Intensitäten an beiden Ausgängen komplementär sind.

So ist es beispielsweise mit dieser Lösung möglich, mit dem Strahlungsdetektor eine Steuerung für das Phasenstellglied zu verbinden, welche das Phasenstellglied so ansteuert, daß der Strahlungsdetektor die kleinstmögliche Intensität, vorzugsweise Intensität nahe Null, detektiert, in diesem Fall ist nämlich sichergestellt, daß sich am anderen Ausgang des Koppelelements die Laserstrahlungen phasengleich überlagern.

Eine günstige Art zu regeln, sieht eine zusätzliche geringe Phasenmodulation um die Sollage vor.

Die Koppelelemente können prinzipiell beliebig ausgeführt sein. Beispielsweise ist es denkbar, die Koppelelemente so auszubilden, daß sich die Laserstrahlung als Freistrahl ausbildet. Es ist aber auch denkbar, die Koppelelemente als Faserkoppler auszubilden oder vorteilhafterweise vorgesehen, die Koppelelemente als Wellenleiterstrukturen auf dem Träger anzuordnen.

In all den Fällen, in denen die Wellenleiter oder die Einkopplungselemente oder die Koppelelemente als Wellenleiterstruktur auf einem Träger ausgebildet sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Träger als elektrooptisches oder als Halbleitermaterial ausgebildet ist. Das Ausbilden der Wellenleiterstrukturen erfolgt dabei beispielsweise durch Eindiffusion von geeigneten Komponenten, welche dem Trägermaterial dann eine Wellenleitereigenschaft verleihen.

Darüber hinaus hat die Verwendung von elektrooptischen Materialien oder Halbleitermaterialien den Vorteil, daß sich damit auch in besonders einfacher Weise Phasenstellglieder realisieren lassen, beispielsweise bei einem elektrooptischen Material dadurch, daß dieses zwischen zwei Elektroden angeordnet wird und somit das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden zu einer definierten Phasenverschiebung führt.

Hinsichtlich der Erzeugung der Masterlaserstrahlung wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Masterlaserstrahlung für alle Subsysteme durch einen Masterlaserstrahlungsgenerator erzeugbar ist.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, daß der Masterstrahlungsgenerator alle Subsysteme mit derselben Wellenlänge und relativ zueinander phasenstabil betreibt, wobei das phasenstabile Betreiben aller Subsysteme nicht zwingenderweise erforderlich macht, diese Subsysteme mit Masterlaserstrahlung zu betreiben, die phasengleich ist, sondern der Begriff phasenstabil ausdrücklich zulassen soll, daß die Masterlaserstrahlung, die zum Betrieb der unterschiedlichen Subsysteme eingesetzt wird, hinsichtlich der Phasenlage variiert, allerdings diese Variation der Phasenlage starr aufrecht erhalten wird.

Eine derartige Masterlaserstrahlung läßt sich vorzugsweise dadurch erzeugen, daß der Masterlaserstrahlungsgenerator jedes der Subsysteme mit Masterlaserstrahlung versorgt, welche aus einer einzigen Grundmasterstrahlung abgeleitet ist.

Vorzugsweise wird dabei die Masterlaserstrahlung dadurch erzeugt, daß der Masterlaserstrahlungsgenerator als Masterlaserstrahlungskaskade ausgebildet ist.

Eine derartige Masterlaserstrahlungskaskade ist zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß sie einen Grundmasterlaser aufweist, sowie über dessen Grundmasterlaserstrahlung mit derselben Wellenlänge und relativ zueinander phasenstabil arbeitende Masterhalbleiterlaser eines Masterhalbleiterlasersystems, welche ihrerseits wiederum die Masterlaserstrahlung erzeugen.

Die Masterlaserstrahlungskaskade umfaßt vorzugsweise mehrere Masterhalbleiterlasersysteme, die in einer Kaskade angeordnet sind, in welcher ein Masterhalbleiterlasersystem seinerseits die Masterlaserstrahlung für weitere Masterhalbleiterlasersysteme erzeugt.

Die Masterhalbleiterlasersysteme können in unterschiedlichster Art und Weise aufgebaut sein, so ist es beispielsweise denkbar, die Masterhalbleiterlasersysteme genau wie die Subsysteme des Lasersystems aufzubauen.

Es ist aber auch denkbar, die Masterhalbleiterlasersysteme so aufzubauen, daß sie eine Vielzahl von Masterhalbleiterlasern umfassen, die aufgrund eingekoppelter Masterlaserstrahlung phasenstabil zueinander arbeiten, wobei im einfachsten Fall jedes der Masterhalbleiterlasersysteme wiederum Masterlaserstrahlung erzeugt, die dann direkt dazu eingesetzt werden kann, nachfolgende Masterhalbleiterlasersysteme wieder mit Masterlaserstrahlung zu versorgen, oder auch dann direkt Subsysteme des Lasersystems mit Masterlaserstrahlung zu versorgen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasersystems;
2 eine Draufsicht auf eine Endfläche des Lichtleitersystems beim ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Phasendetektors;
4 eine schematische Darstellung der Steuerung in Form eines Blockschaltbilds;
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Masterlaserstrahlungsgenerators;
6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Subsystems;
7 eine Draufsicht auf die Anordnung der Halbleiterlaser bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
8 eine erste Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
9 eine zweite Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
10 eine dritte Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
11 eine Darstellung der Intensitätsverteilung einer einlaufenden Wellenfront in den einzelnen Einzellaserstrahlungsfeldern, aufgezeichnet über deren Querschnitt vor Eintritt in die Phasenplatte;
12 die Darstellung der Intensitätsverteilung entsprechend 11 nach Durchlaufen der Phasenplatte;
13 eine prinzipielle Darstellung eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen Phasenplatte mit Darstellung der Intensitätsverteilung einer einlaufenden Wellenfront und Darstellung der Intensitätsverteilung dieser Wellenfront nach Durchlaufen der Phasenplatte;
14 eine vierte Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
15 eine fünfte Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
16 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
17 eine vergrößerte Darstellung eines Koppelelements des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems;
18 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Masterhalbleiterlasersystems und
19 eine schematische Darstellung eines Masterlaserstrahlungsgenerators mit Masterhalbleiterlasersystemen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasersystems, dargestellt in 1, umfaßt eine erste Variante eines Strahlungserzeugungssystems 10, an welches sich ein Lichtleitersystem 12 anschließt, welches eine Gesamtlaserstrahlung 14 abgibt, die ihrerseits auf eine Zielfläche 16 eines zu bestrahlenden Objekts 17 auftrifft.
Das Strahlungserzeugungssystem 10 umfaßt seinerseits eine Vielzahl von Subsystemen 18₁ bis 18_N , von denen jedes Laserstrahlung erzeugt, und bei denen die Laserstrahlung jeweils in eine Monomodefaser 20₁ bis 20_N eingekoppelt wird. Alle Monomodefasern 20 1 bis N werden zu einem Faserbündel 22 zusammengefaßt, welches vom Lichtleitersystem 12 umfaßt ist und ein Ende 24 aufweist, aus welchem die Gesamtlaserstrahlung 14 austritt. Vorzugsweise liegen dabei an dem Ende 24, wie in 1 und 2 dargestellt, alle an ersten Enden 30 der Monomodefaser 20 angeordneten Faserendflächen 28 der Monomodefasern 20 in einer Endfläche 26.
Alle Subsysteme 18₁ bis 18_N sind so betreibbar, daß sie frequenzstabilisiert auf derselben Frequenz arbeiten und außerdem eine relative Phasenlage des Laserstrahlungsfeldes definiert vorgebbar ist, wobei mittels einer Steuerung 32 die Vorgabe der Phasenlage derart erfolgt, daß die von den Faserendflächen 28 ausgehende und sich als Gesamtlaserstrahlung 14 ausbreitende Überlagerung der Laserstrahlungen mehrerer oder aller Halbleiterlasereinheiten 18 zu einem Gesamtlaserstrahlungsfeld 14 führt, das sich mit einer definierbaren, beispielsweise einer ebenen Wellenfront ausbreitet.
Um die Phasenlage der Laserstrahlung jedem einzelnen Subsystem an jeder einzelnen Faserendfläche 28 festlegen zu können (3), ist das Lichtleitersystem 12 mit einem Phasendetektor 40 versehen, welcher einen Strahlteiler, vorzugsweise einen diffraktiven Reflektor 42, und ein abbildendes Element für einen Teil der Gesamtlaserstrahlung 14 umfaßt, wobei der diffraktive Reflektor im Abstand von der Endfläche 26 und vor dieser sowie dieser Endfläche 26 zugewandt angeordnet ist, so daß das Gesamtlaserstrahlungsfeld 14 diesen durchsetzt und zum Teil von diesem reflektiert wird. Besonders günstig ist es, wenn der diffraktive Reflektor 42 gleichzeitig als abbildendes Element dient, so daß eine zusätzliche Abbildungsoptik entfallen kann.
Von dem diffraktiven Reflektor 42 wird ein Teil des Gesamtlaserstrahlungsfeldes 14 auf zwei Detektorflächen 44 und 46 zweier Matrixdetektoren 48 bzw. 50 abgebildet, wobei jeweils mindestens ein Matrixelement 52 bzw. 54 jeder Detektorfläche 44 bzw. 46 jeweils einer Faserendfläche 28 eindeutig zugeordnet ist, was gleichbedeutend ist mit einer eindeutigen Zuordnung von mindestens einem Matrixelement 52 bzw. 54 zu jeweils einer der Halbleiterlasereinheiten 18.
Damit besteht mittels jedes Matrixelements 52 bzw. 54 die Möglichkeit, aufgrund des diffraktiven Reflektors 42 die Intensität der von dem jeweils zugeordneten Subsystem 18 erzeugten Laserstrahlung zu erfassen.
Um jedoch mittels der Matrixelemente 52 bzw. 54 die Phasenlage des Laserstrahlungsfeldes jedes der Subsysteme 18 zu erfassen, ist neben dem diffraktiven Reflektor eine Faserendfläche 56 einer Referenzfaser 58 vorgesehen, welche ebenfalls mit einem Referenzsubsystem 18R verbunden ist, wobei vorzugsweise das Referenzsubsystem 18R identisch mit den übrigen Subsystemen 18 ist und insbesondere auch mit derselben Frequenz arbeitet, allerdings hinsichtlich seiner Phasenlage nicht gesteuert ist, sondern selbst eine Referenzphasenlage liefert.
Die Referenzphasenlage des Referenzsubsystems 18R ist durch jedes der Matrixelemente 52 bzw. 54 dadurch nachweisbar, daß sich von der Faserendfläche 56 ausgehend eine Kugelwelle ausbreitet, wobei diese Kugelwelle sowohl die gesamte Detektorfläche 44 als auch die Detektorfläche 46 erfaßt.
Somit kommt bei jedem der Matrixelemente 52 bzw. 54 der Detektorflächen 44 bzw. 46 neben der von dem diffraktiven Reflektor 42 reflektierten Laserstrahlungsfeld des jeweils zugeordneten Subsystems 18 das Referenzstrahlungsfeld des Referenzsubsystems 18R an, wobei die beiden Laserstrahlungsfelder interferieren und somit je nach ihrer relativen Phasenlage zueinander an dem jeweiligen Matrixelement 52 bzw. 54 ein Wert zwischen einem Intensitätsmaximum und einem Intensitätsminimum detektierbar ist.
Eine zusätzliche Modulation des von der Faserendfläche 56 der Referenzfaser 58 ausgesandten Referenzstrahlungsfeldes mit einem Modulator 60 ermöglicht noch zusätzlich mit jedem der Matrixelemente 52 bzw. 54 eine Intensitätsmessung des Laserstrahlungsfeldes jedes Subsystems vorzunehmen, die ebenfalls für die Messung der Phasenlage insoweit von Bedeutung ist, um zu überprüfen, ob überhaupt von dem jeweiligen Subsystem 18₁ bis 18_N ein Laserstrahlungsfeld erzeugt wird.
Darüber hinaus ist der diffraktive Reflektor 42 so ausgebildet, daß er das Laserstrahlungsfeld von jeder einzelnen der Faserendflächen 28 polarisationsabhängig entweder zur Detektorfläche 44 oder zur Detektorfläche 46 reflektiert, so daß durch Vergleich der von den Matrixelementen 52 und 54, empfangenen Intensitäten die jeweils einer Faserendfläche 28 und somit einem Subsystem 18 zugeordnet sind, eine Bestimmung der Polarisation zusätzlich zur Phasenlage erlaubt.
Die Messungen von Intensitäten bei den einzelnen Matrixelementen 52 bzw. 54 auf den Detektorflächen 44 bzw. 46 ergibt dann besonders gute Ergebnisse, wenn die Intensität des von dem diffraktiven Reflektor 42 reflektierten Laserstrahlungsfeldes und die Intensität des von der Faserendfläche 56 der Referenzfaser 58 ausgesandten Referenzstrahlungsfeldes in jedem Matrixelement 52 bzw. 54 ungefähr gleich groß sind. Darüber hinaus ist bei den Messungen mittels der einzelnen Matrixelemente 52 bzw. 54 noch ein Wegunterschied, der von der Faserendfläche 56 ausgehenden Laserstrahlung zu den einzelnen Matrixelementen 52 zu berücksichtigen und zusätzlich auch noch ein Wegunterschied zwischen jeder der Faserendflächen 28 und dem entsprechenden Matrixelement 52 bzw. 54 über den diffraktiven Reflektor 42. Diese Wegunterschiede ergeben zusätzliche Verschiebungen der Phasenlagen, so daß diese Unterschiede Berücksichtigung finden müssen, wenn mit dem Phasendetektor 40 an allen Faserendflächen 28 und zwar in der Endfläche 26 dieselbe Phasenlage hergestellt werden soll.
Vorzugsweise sind die Matrixdetektoren 48 und 50 als CCD-Kameras ausgebildet, von denen jeder Pixel ein Matrixelement 52, 54 darstellt.
Wie ferner in 3 dargestellt ist, folgt auf das diffraktive Element noch eine Abbildungsoptik 62, welche das Gesamtlaserstrahlungsfeld 14 auf die Zielfläche 16 abbildet, wobei die Abbildungsoptik 62 vorzugsweise so ausgelegt ist, daß eine kohärente Abbildung, daß heißt eine Abbildung des phasenkorrelierten Gesamtlaserstrahlungsfeldes 14 erfolgt, wobei dies im einfachsten Fall meist eine Abbildung in die Brennebene der Abbildungsoptik 62 ist, das heißt, daß die Zielfläche 16 vorzugsweise in der Brennebene liegt.
Die eigentliche Steuerung der Phasenlage der Laserstrahlung, welche von den Monomodefasern 20 geführt wird, erfolgt im Bereich des Strahlungserzeugungssystems 10.
Jedes der Matrixelemente 52 und 54 der Matrixdetektoren 48 und 50 repräsentiert somit eine der Faserendflächen 28 in der Endfläche 26 und somit das Laserstrahlungsfeld eines Subsystems 18, so daß genau deren Phasenlage detektierbar ist.
Im einfachsten Fall sind bei den Matrixdetektoren 48 bzw. 50 genau soviel Matrixelemente 52 bzw. 54 vorhanden, wie Faserendflächen 28 in der Endfläche 26 liegen. Beispielsweise sind dies genau ebenfalls N Matrixelemente 52 bzw. 54.
Die von allen 52₁ bis 52_N bzw. 54₁ bis 54_N Matrixelementen gemessenen Intensitäten werden nun aus den jeweiligen Matrixdetektoren 48 bzw. 50 ständig ausgelesen und über eine Ausleseleitung 70 von einer Rechnereinheit 72 erfaßt, die aus den von jeweiligen Matrixelementen 52 bzw. 54 detektierten Intensitäten die Phasenlage ermittelt. Dazu erhält die Rechnereinheit 72 noch zusätzlich über eine Leitung 74 ein Synchronisiersignal, welches den Zustand des Modulators 60 anzeigt (4). Im einfachsten Fall ist der Modulator 60 ein Chopper, welcher die Laserstrahlung des Referenzsubsystems 18R in gleichmäßigen Intervallen ein- und ausschaltet.
Die von der Rechnereinheit bestimmte Phasenlage für jedes der Subsysteme 18₁ bis 18_N wird über ein Bussystem 76 einer Phasensteuerung 78 zugeführt, welche wiederum über ein Bussystem 80 eine Vielzahl von Phasenjustiereinrichtungen 82₁ bis 82_N ansteuert, wobei jede Phasenjustiereinrichtung 82₁ bis 82_N jeweils einem der Subsysteme zugeordnet ist, um die Phase des von diesem Subsystem 18 erzeugten Laserstrahlungsfeldes entsprechend den Vorgaben der Phasensteuerung 78 einzustellen und somit die Phasenlagen aller Subsysteme 18₁ bis 18_N so miteinander zu korrelieren, daß diese Phasenlagen in der Endfläche 26 des Lichtleitersystems 12 zu der vorgegebenen Phasenverteilung führen.
Um die einzelnen Subsysteme 18₁ bis 18_N einerseits mit exakt derselben Wellenlänge und andererseits relativ zueinander phasenstabil zu betreiben, ist ein Masterlaserstrahlungsgenerator 84 vorgesehen, durch welchen jedes der Subsysteme 18₁ bis 18_N mit einer Masterlaserstrahlung versorgt werden kann, die es erlaubt, jedes der Subsysteme 18₁ bis 18_N auf exakt derselben Wellenlänge und andererseits zumindest phasenstabil relativ zueinander zu betreiben.
Hierzu weist, wie in 5 dargestellt, der Masterlaserstrahlungsgenerator 84 einen Grundmasterlaser 86 auf, mit dessen Grundmasterlaserstrahlung eine Vielzahl von Masterhalbleiterlasern 88₁ bis 88_X gespeist ist, die zu einem eine Einheit bildenden Masterhalbleiterlasersystem 90 zusammengefaßt sind.
Mit der Grundmasterlaserstrahlung werden die Masterhalbleiterlaser 88₁ bis 88_X derart betrieben, daß sie einerseits bei exakt derselben Wellenlänge und andererseits phasenstabil relativ zueinander arbeiten und insgesamt Masterlaserstrahlung erzeugen, die ihrerseits wieder dazu eingesetzt wird, eine Vielzahl weiterer Masterhalbleiterlasersysteme 90'₁ bis 90'_Y relativ zueinander phasenstabil zu betreiben, dadurch, daß die Masterlaserstrahlung aus dem Masterhalbleiterlasersystem 90 die Masterhalbleiterlaser 88_1' bis 88_X' jedes einzelnen der Masterhalbleiterlasersysteme 90'₁ bis 90'_Y einerseits mit exakt derselben Wellenlänge und andererseits wiederum phasenstabil relativ zueinander arbeiten läßt.
Jedes dieser weiteren Masterhalbleiterlasersysteme 90'₁ bis 90'_Y dient dazu, seinerseits wiederum Masterlaserstrahlung zu erzeugen, welche aufteilbar ist und dazu dient, jedes der Subsysteme 18₁ bis 18_N mit Masterlaserstrahlung zu versorgen, wobei die Masterlaserstrahlung, die zu den einzelnen Subsystemen 18₁ bis 18_N geführt wird, wiederum dazu dient, die einzelnen Subsysteme 18₁ bis 18_N auf exakt derselben Wellenlänge und relativ zueinander phasenstabil, jedoch nicht notwendigerweise phasengleich, zu betreiben, wobei jedes der einzelnen weiteren Masterhalbleiterlasersysteme 90'₁ bis 90'_Y mehrere Subsysteme 18 mit Masterlaserstrahlung versorgt.
Dabei ergibt die Anzahl Y der weiteren Masterhalbleiterlasersysteme 90'_Y multipliziert mit der Zahl der Ausgänge jedes dieser einzelnen Masterhalbleitersysteme 90'₁ bis 90'_Y die Zahl N der Subsysteme 18₁ bis 18_N .
Die Subsysteme 18₁ bis 18_N können in unterschiedlichster Art und Weise aufgebaut sein. Ein erstes Ausführungsbeispiel eines derartigen Subsystems 18₁ bis 18_N umfaßt, wie in 6 dargestellt, eine Vielzahl von auf einem Substrat 100 angeordneten Vertikalemittern 102, welche Laserstrahlung in einer Richtung 104 emittieren, welche ungefähr senkrecht zu einer Ebene 106 verläuft, in welcher die Vertikalemitter 102 angeordnet sind. Jeder der Vertikalemitter 102 ist in ansich bekannter Weise auf seiner dem Substrat 100 zugewandten Seite reflektierend ausgebildet und mit einem externen Reflektor 108 versehen, welcher in einem Abstand über einer dem dem Substrat 100 abgewandten Stirnseite 109 des jeweiligen Vertikalemitters 102 angeordnet ist, so daß sich zwischen einer in der Stirnseite 109 liegenden Austrittsfläche 110 des jeweiligen Vertikalemitters 102 und dem Reflektor 108 bereits eine Einzellaserstrahlung 111 ausbildet.
Vorzugsweise ist der Reflektor 108 dabei als konkaver, die Einzellaserstrahlung 111 auf den Vertikalemitter 102 fokussierender Reflektor ausgebildet. Der Reflektor 108 ist dabei vorzugsweise als teildurchlässige und somit teilreflektierende Beschichtung auf einem ersten Element 112 einer als Ganzes mit 114 bezeichneten Abbildungsoptik vorgesehen, welche ferner noch ein zweites Element 116 aufweist, welches im einfachsten Fall als fokussierendes optisches Element ausgebildet ist.
Das erste Element 112 der Abbildungsoptik 114 umfaßt vorzugsweise eine Vielzahl von Einzellinsen 118, welche nebeneinander angeordnet sind und insgesamt ein plattenförmiges optisches Element bilden, wobei die Einzellinsen 118 aus der divergierend aus dem jeweiligen Vertikalemitter 102 austretenden Einzellaserstrahlung 111 ein Einzellaserstrahlungsfeld 120 schaffen, welches sich vorzugsweise mit einer ebenen, senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung 122 verlaufenden Wellenfront 124 im Anschluß an das erste Element 112 ausbreitet.
Vorzugsweise liegen die Einzellaserstrahlungsfelder 120 sämtlicher Vertikalemitter 102 möglichst nahe nebeneinander und breiten sich außerdem parallel zueinander aus. Diese Einzellaserstrahlungsfelder werden dann mit dem zweiten optischen Element 116 auf ein zweites Ende 130 der zu diesem Subsystem 18 gehörenden Monomodefaser 20 fokussierbar und bilden zumindest nach Durchlaufen des zweiten optischen Elements 116 ein kohärentes Laserstrahlungsfeld 126, welches in die Monomodefaser 20 eingekoppelt wird.
Um nun zu erreichen, daß sämtliche Vertikalemitter 102 einerseits mit exakt derselben Wellenlänge und andererseits phasenstabil relativ zueinander arbeiten, ist zwischen die Abbildungsoptik 114 und das zweite Ende 130 der Monomodefaser 20 ein Strahlteiler 132 gesetzt, welcher ein Einkoppelelement darstellt, um vom Masterlaserstrahlungsgenerator 84 erzeugte Masterlaserstrahlung in die Vertikalemitter einzukoppeln.
Der Strahlteiler 132 ist dabei als teilreflektierende Strahlteilerplatte ausgebildet und so angeordnet, daß er die Masterlaserstrahlung nicht in Richtung des zweiten Endes 130 der Monomodefasern 20 reflektiert, sondern in Richtung der Vertikalemitter 102, so daß die vom Strahlteiler 132 in Richtung der Vertikalemitter 102 reflektierte Masterlaserstrahlung so reflektiert wird, daß diese die Abbildungsoptik 114 in umgekehrter Richtung als die Laserstrahlung durchläuft und sowohl das zweite optische Element als auch das erste optische Element 112 durchsetzt um damit durch die ebenfalls teildurchlässigen Reflektoren 108 in sämtliche Vertikalemitter 102 dieses Subsystems 18 parallel eintritt.
Damit wird erreicht, daß sämtliche Vertikalemitter 102 des jeweiligen Subsystems 18 einerseits auf exakt der gleichen Wellenlänge und andererseits phasengleich gekoppelt arbeiten.
Dadurch, daß der Strahlteiler 132 vor der Abbildungsoptik 114 angeordnet ist, wird durch den Strahlteiler 132 erreicht, daß sich die Masterlaserstrahlung in Richtung der Halbleiterlaser 102 ausbreitet und die Abbildungsoptik 114 in umgekehrter Richtung als die Einzellaserstrahlung durchläuft und somit alle Vertikalemitter 102 in diesem Fall einerseits bei exakt derselben Wellenlänge hält und andererseits bei einer derartigen Phasenlage, daß die Einzellaserstrahlungen nach Durchlaufen der Abbildungsoptik 114 ein gemeinsames kohärentes Laserstrahlungsfeld 126 bilden, was insbesondere durch die Anordnung des Strahlteilers 132 im wesentlichen unmittelbar vor dem zweiten Ende 130 der Monomodefaser 20 möglich ist, denn dadurch erfolgt eine Phasenänderung der vom Strahlteiler 132 reflektierten kohärenten Masterlaserstrahlung beim Durchlaufen der Abbildungsoptik 114 in umgekehrter Richtung wie die Einzellaserstrahlung dergestalt eine parallele Beaufschlagung sämtlicher einzelner Halbleiterlaser 102 mit Masterlaserstrahlung derselben Frequenz und im wesentlichen derselben Phasenlage entsteht, wobei die Phasenlagen im wesentlichen dieselben Phasenänderungen erfahren haben und die jeweiligen Einzellaserstrahlungen beim Durchlaufen der Abbildungsoptik 114 ebenfalls im wesentlichen dieselben Phasenänderungen erfahren.
Das diesem Subsystem 18 zugeordnete Phasenjustierelement 82 kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß es ein Element zur definierten Erwärmung eines Abschnitts der Monomodefaser 20 umfaßt, so daß sich in diesem Abschnitt aufgrund der Erwärmung die Brechzahl des Materials der Monomodefaser definiert variieren läßt, und folglich auch die Phasenlage des Laserstrahlungsfeldes, das diesen Abschnitt durchläuft.
Bei einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems, dargestellt in 8, ist der Strahlteiler 132' nicht zwischen dem zweiten Ende 130 und dem zweiten Element 116 der Abbildungsoptik 114 angeordnet, sondern zwischen dem ersten Element 112 und dem zweiten Element 116, so daß der Strahlteiler 132' von sämtlichen parallel zueinander verlaufenden Einzellaserstrahlungsfeldern 120 durchsetzt wird. Die von dem Strahlteiler 132' in Richtung der Vertikalemitter 102 reflektierte Masterlaserstrahlung führt nun dazu, daß einerseits die Vertikalemitter 102 in bereits beschriebener Art und Weise auf exakt derselben Wellenlänge arbeiten und andererseits jeweils mit einer relativen Phasenlage, welche die Phasenveränderungen des ersten Elements der Abbildungsoptik 114 berücksichtigt, so daß die Einzellaserstrahlungsfelder 120 sich nach Durchlaufen des ersten Elements 112 der Abbildungsoptik 114 im wesentlichen phasengleich zueinander ausbreiten und bereits nach dem ersten Element 112 der Abbildungsoptik 114 ein kohärentes Laserstrahlungsfeld bilden, welches dann durch das zweite Element 116 auf das zweite Ende 130 der Monomodefaser fokussiert wird.
Diese Lösung ist dann einsetzbar, wenn der Einfluß des zweiten Elements 116 der Abbildungsoptik 114 auf die jeweiligen Einzellaserstrahlungsfelder 120 keine relative Verschiebung der Phasenlage zwischen einzelnen Einzellaserstrahlungsfeldern 120 ergibt und somit die Kohärenz des Laserstrahlungsfeldes 126' ebenfalls noch nach Durchlaufen des zweiten Elements 116 erhalten ist und somit in sich kohärente Laserstrahlung 126 in die Monomodefaser 20 eintritt.
Der Vorteil der ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 8 ist darin zu sehen, daß sich beispielsweise das Masterstrahlungsfeld über einen Lichtleiter 140 dem jeweiligen Subsystem 18 zuführen und über eine Aufweitoptik 142 so aufweiten läßt, daß der Strahlteiler 132' die Masterlaserstrahlung zu jedem der Vertikalemitter 102 des Subsystems 18 reflektiert. Die den Strahlteiler 132' passierende Masterlaserstrahlung kann mittels einer Fokussieroptik 144 wieder in einen weiteren Lichtleiter 146 fokussiert werden, um diese einem weiteren Subsystem zuzuführen.
Bei einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels, dargestellt in 9, ist als Einkoppelelement kein Strahlteiler vorgesehen, sondern das Einkoppelelement als Wellenleiterkoppler 150 ausgebildet, welcher entweder als Faserkoppler ausgeführt sein kann oder als in einem Substrat angeordnete Wellenleiterstruktur.
Ein derartiger Wellenleiterkoppler 150 weist einen ersten Eingang auf, in welchen durch die Abbildungsoptik 114 das Laserstrahlungsfeld 126 eingekoppelt wird und einen zweiten Eingang 154, in welchen über eine optische Diode 156 die Masterlaserstrahlung eingekoppelt wird. Der Wellenleiterkoppler 150 ist dabei so aufgebaut, daß die über den zweiten Eingang 154 eingekoppelte Masterlaserstrahlung zum Teil zum ersten Eingang 152 übergekoppelt wird und von dort durch die Abbildungsoptik 114 in Richtung der Vertikalemitter 102 verläuft, um die Vertikalemitter 102 auf exakt derselben Wellenlänge und phasenstabil zueinander zu halten, wobei sämtliche Phasenänderungen, welche durch die Abbildungsoptik 114 entstehen, in der relativen Phasenlage der Vertikalemitter 102 berücksichtigt sind, so daß die Einzellaserstrahlung aus allen Vertikalemittern 102 letztlich nach Durchlaufen der Abbildungsoptik 114 das kohärente Laserstrahlungsfeld ergibt, welches in den ersten Eingang 152 des Wellenleiterkopplers 150 einkoppelbar ist.
Der Wellenleiterkoppler 150 koppelt ferner die Masterlaserstrahlung auf einen ersten Ausgang 158 und im wesentlichen das in den ersten Eingang 152 eingekoppelte Laserstrahlungsfeld 126 zu einem zweiten Ausgang 160, welcher seinerseits dann an die Monomodefaser 20 angekoppelt ist.
Damit arbeitet im Prinzip die zweite Variante gemäß 9 in gleicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel gemäß 6 und kompensiert sämtliche durch die Abbildungsoptik 114 bedingten Phasenänderungen.
Bei einer dritten Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems, dargestellt in 10 erfolgt eine Einkopplung der Masterlaserstrahlung über eine auf die Abbildungsoptik 114 folgend angeordnete optische Diode 160, welche im wesentlichen einen Strahlteiler 162 aufweist, welcher von der Masterlaserstrahlung geradegerichtet durchstrahlt ist und andererseits das Laserstrahlungsfeld 126 quer zu seiner Einfallsrichtung in Richtung auf die Monomodefaser 20 reflektiert.
Ferner ist die Abbildungsoptik 114' noch zusätzlich mit einer Phasenplatte 170 versehen, welche bei den Einzellaserstrahlungsfeldern 120 dazu führt, diesen innewohnende, über den Querschnitt jedes einzelnen Einzellaserstrahlungsfeldes 120 gaußförmige Verteilung der Intensität in eine im wesentlichen rechteckige und in 12 dargestellte Verteilung der Intensität über den Querschnitt des jeweiligen Einzellaserstrahlungsfeldes 120 umzusetzen.
Eine derartige Phasenplatte 170 ist schematisch in 13 dargestellt und weist für jedes der Einzellaserstrahlungsfelder 120 eingangsseitig eine strahlaufweitende Oberflächenform 172 und ausgangsseitig eine fokussierende Oberflächenform 174 auf, die hinsichtlich ihrer Krümmung und ihres Abstandes derart aufeinander abstimmbar sind, daß aus der gaußförmigen Intensitätsverteilung einer einlaufenden Wellenfront 176 eine im wesentlichen rechteckige Intensitätsverteilung einer transformierten Wellenfront 178 entsteht.
Bei einer vierten Variante des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Subsystems, dargestellt in 14, sind die Vertikalemitter 102 ebenfalls auf einem Substrat 100 vorgesehen und emittieren in der Richtung 104, welche ungefähr senkrecht zu der Ebene 106 verläuft.
Die Einzellaserstrahlung 111 der Vertikalemitter 102 wird dabei ebenfalls durch den externen Reflektor 108 des Elements 112 reflektiert, das in gleicher Weise ausgebildet ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß die Einzelstrahlungsfelder 120 der Vertikalemitter 102 genau wie beim ersten Ausführungsbeispiel möglichst nahe nebeneinander liegen und sich parallel zueinander ausbreiten, und zwar in Richtung des zweiten optischen Elements 116, welches die Einzellaserstrahlungsfelder 120 dann auf das zweite Ende 130 der zu diesem Subsystem gehörenden Monomodefaser 20 fokussiert und das kohärente Laserstrahlungsfeld 126 in die Monomodefaser 20 einkoppelt.
Die Einzellaserstrahlungsfelder 120 durchsetzen dabei einen zwischen dem ersten Element 112 und dem zweiten Element 116 der Abbildungsoptik 114 angeordneten Strahlteiler 132'', welcher von dem Masteroszillator 86 kommende und über den Lichtleiter 140 zugeführte Masterlaserstrahlung in die einzelnen Vertikalemitter 102 einkoppelt, wobei die Masterlaserstrahlung dabei über die Aufweitoptik 142 zu einem Masterlaserstrahlungsfeld 143 aufgeweitet wird.
Dieses Masterlaserstrahlungsfeld 143 trifft vor einem Auftreffen auf dem Strahlteiler 132'' auf einen Strahlteiler 145 auf, welcher einen geringen Teil des Masterlaserstrahlungsfeldes 143 als Referenzlaserstrahlungsfeld 147 auskoppelt und auf einen Spiegel 148 reflektiert, der dann seinerseits das Referenzlaserstrahlungsfeld 147 auf ein Detektorarray D richtet, welches eine Vielzahl von Detektorelementen D₁ bis D_N aufweist, welche der Vielzahl der Vertikalemitter 102₁ bis 102_N entspricht und in gleicher Weise wie diese angeordnet ist.
Das von dem Spiegel 148 reflektierte Referenzlaserstrahlungsfeld 147 tritt seinerseits nochmals durch einen Strahlteiler 149 hindurch, welcher auch vom Masterlaserstrahlungsfeld 143 auf seinem Weg zum Strahlteiler 132'' selbst durchsetzt ist. und so ausgebildet ist, daß dieser vom Strahlteiler 132'' zurückreflektierte Teile der Einzellaserstrahlungsfelder 120 ebenfalls auf das Detektorarray D reflektiert, so daß auf den Detektorarray D sowohl das Referenzlaserstrahlungsfeld 143 auftrifft, als auch ein geringer Teil der Intensität der einzelnen Einzellaserstrahlungsfelder 120 und somit die einzelnen Detektoren D₁ bis D_N des Detektorarrays D in der Lage sind, für jedes Einzellaserstrahlungsfeld 120 einen Phasenunterschied zwischen diesem und dem auf dem entsprechenden Vertikalemitter 102 auftreffenden und das Referenzlaserstrahlungsfeld bildenden Teil des Masterlaserstrahlungsfelds 143 festzustellen.
Zur Korrektur eines derartigen Phasenunterschiedes zwischen dem jeweiligen Teil der Masterlaserstrahlungsfelder 143 und dem Einzellaserstrahlungsfeld 120 durchsetzt das Masterlaserstrahlungsfeld 143 vor seinem Auftreffen auf dem Strahlteiler 132'' eine Phasenkorrekturplatte P, welche eine Vielzahl von einzelnen Phasenstellelementen P₁ bis P_N aufweist, welche in gleicher Weise angeordnet sind, wie die jeweiligen Vertikalemitter 102₁ bis 102_N und die entsprechenden Detektorelemente D₁ bis D_N. Über jedes der einzelnen Phasenstellelemente P₁ bis P_N ist nun über eine Steuerung S eine Einstellung der Phasenlage des entsprechenden Teils des Masterlaserstrahlungsfeld 143 dergestalt möglich, daß alle Vertikalemitter 102 durch entsprechende Einstellung der Phase der diese beaufschlagenden Teile des Masterlaserstrahlungsfeldes 143 Einzellaserstrahlungsfelder 120 erzeugen, welche dieselben Phasenlagen relativ zueinander aufweisen.
Besonders günstige Ergebnisse sind außerdem dann erzielbar, wenn der Strahlteiler 132'' ein polarisierender Strahlteiler ist und zwischen diesem und dem ersten Element 112 noch ein Polarisationseinstellelement 133 vorgesehen ist, welches eine Polarisationsdrehung um λ/4 ± ε durchführt, so daß im wesentlichen die gesamten, von den Vertikalemittern 102 erzeugten Einzellaserstrahlungsfelder 120 den Strahlteiler 132'' nach Durchtritt durch das Polarisationseinstellelement 133 passiert, und vom Strahlteiler 132'' lediglich ein der Fehldrehung ε entsprechender Teil der Intensität der Einzellaserstrahlungsfelder 120 zum Strahlteiler 149 und somit zum Detektorarray D reflektiert wird.
Eine fünfte Variante des ersten Ausführungsbeispiels, dargestellt in 15, ist hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus an die dritte Variante gemäß 10 angelehnt. Im Gegensatz zur dritten Variante wird allerdings vor der optischen Diode 160 über ein Auskoppelelement 161 aus dem Lichtleiter 140 ein Teil der Masterlaserstrahlung ausgekoppelt und über einen Lichtleiter 163 als Referenzlaserstrahlung 164 dem Detektorarray D mit den Detektoren D₁ bis D_N zugeführt.
Das Detektorarray D ist dabei so angeordnet, daß diesem über einen Strahlteiler 165 ein Teil der Intensität der Einzellaserstrahlungsfelder 120 zugeführt wird. Vorzugsweise tritt auch die Referenzlaserstrahlung durch den Strahlteiler 165 hindurch und wird vorher durch ein Aufweitelement 166 zu einem Referenzlaserstrahlungsfeld 164 aufgeweitet, welches sämtliche Detektorelemente D₁ bis D_N des Detektorarrays D beaufschlagt.
Ferner ist beispielsweise zwischen der Phasenplatte 170 und dem ersten Element 112 der Abbildungsoptik 114' die Phasenkorrekturplatte P angeordnet, welche mit ihren einzelnen Phasenstellelementen P₁ bis P_N in der Lage ist, die Phasenlage jedes einzelnen Einzellaserstrahlungsfeldes 120 zu korrigieren und zwar entsprechend einer von der Steuerung S mittels der Detektoren D₁ bis D_N festgestellten Phasenlage der einzelnen Einzellaserstrahlungsfelder 120 relativ zueinander.
Somit ist auch bei der fünften Variante des ersten Ausführungsbeispiels, wie in 15 dargestellt, eine ständige Nachstellung der Phasenlage jedes einzelnen Einzellaserstrahlungsfeldes 120 relativ zu den anderen möglich, so daß insgesamt ein kohärentes Laserstrahlungsfeld 127 in die Monomodefaser 20 eingekoppelt werden kann.
Bei der vierten und fünften Variante ist die Phasenkorrekturplatte P vorzugsweise aus einem elektrooptischen Kristall ausgebildet, welcher zur Ausbildung der Phasenstellelemente P₁ bis P_N mit einzelnen Elektroden versehen ist, die von der Steuerung einzeln ansteuerbar sind, so daß für jeden einzelnen Teil des zu den einzelnen Vertikalemittern 102 geführten Masterlaserstrahlungsfeldes eine separate Phaseneinstellung mittels der Steuerung S möglich ist.
Im übrigen sind bei allen Varianten des ersten Ausführungsbeispiels diejenigen Elemente, die identisch sind, mit demselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung derselben im einzelnen auf die erstmaligen Ausführungen zu diesen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Ferner ist das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Subsystems 18 nicht auf die Verwendung von Vertikalemittern 102 als Halbleiterlaser beschränkt. In gleicher Weise können bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufeinandergestapelte Kantenemitter zum Einsatz kommen, deren Austrittsflächen 112 so in einer Ebene liegen, daß die Einzellaserstrahlung aus dieser Ebene, vorzugsweise vertikal zu dieser Ebene, austritt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Subsystems 18', dargestellt in 16, sind als Halbleiterlaser eine Vielzahl von Kantenemittern 180 eingesetzt, welche in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.
Die von jedem dieser als Kantenemitter 180 arbeitenden Halbleiterlaser generierte Einzellaserstrahlung wird jeweils in einen ersten Wellenleiter 182 eingekoppelt, wobei die Zahl der ersten Wellenleiter 182 der Zahl der Kantenemitter 180 entspricht.
Der erste Wellenleiter 182 ist vorzugsweise als Wellenleiterstruktur in einem Substrat 184 ausgebildet, wobei das Substrat 184 sämtliche Wellenleiterstrukturen 182 des Subsystems 18' trägt.
Diese ersten Wellenleiterstrukturen 182 führen die Einzellaserstrahlungen aus jedem der Kantenemitter 180 zu jeweils einem Einkoppelelement 186, welches ebenfalls als Wellenleiterstruktur auf dem Substrat 184 ausgebildet ist. Das Einkoppelelement 186 ist als Wellenleiterkoppler ausgebildet und weist einen ersten Eingang 188 auf, durch welchen die Einzellaserstrahlung aus dem jeweiligen Kantenemitter 180 eingekoppelt ist und einen zweiten Eingang 190, durch welchen die Masterlaserstrahlung eingekoppelt ist. Das Einkoppelelement 186 ist dabei so ausgebildet, daß ein Teil der durch den zweiten Eingang 190 eingekoppelten Masterlaserstrahlung zum ersten Eingang 188 gekoppelt ist und über die jeweilige erste Wellenleiterstruktur 182 zum jeweiligen Kantenemitter 180 geführt ist. Ferner weist das Einkoppelelement 186 einen ersten Ausgang 192 auf, aus welchem die nicht zum Kantenemitter 180 gekoppelte Masterlaserstrahlung austritt und einen zweiten Ausgang 194, aus welchem im wesentlichen die Einzellaserstrahlung des Kantenemitters 180 austritt.
Auf dem Substrat 184 ist somit für jeden Kantenemitter 180 ein Einkoppelelement 186 für Masterlaserstrahlung vorgesehen, wobei sämtliche Einkoppelelemente 186 für sämtliche Kantenemitter 180 derart miteinander verbunden sind, daß der erste Ausgang 192 des einen Einkoppelelements 186 mit dem zweiten Eingang 190 des nächstfolgenden Einkoppelelements 186 gekoppelt ist, so daß über die mit dem jeweiligen Einkoppelelement 186 gekoppelte erste Wellenleiterstruktur 182 in jeden einzelnen der Kantenemitter 180 die Masterlaserstrahlung einkoppelbar ist.
Von dem ersten Ausgang 194 des jeweiligen Einkoppelelements 186 führt dann ein zweiter Wellenleiter 196, welcher ebenfalls als Wellenleiterstruktur auf dem Substrat 184 ausgebildet ist, zu einer als Ganzes mit 200 bezeichneten Koppeleinrichtung, welche alle zweiten Wellenleiterstrukturen 196 in einen Ausgangswellenleiter 202 koppelt und zwar vorzugsweise so, daß in dem Ausgangswellenleiter 202 die über jede der zweiten Wellenleiterstrukturen 196 der Koppeleinrichtung 200 zugeführte Einzellaserstrahlung phasengleich mit allen anderen überlagert ist, so daß in dem Ausgangswellenleiter 202 ein kohärentes Laserstrahlungsfeld vorliegt, welches der phasengleichen Überlagerung sämtlicher Einzellaserstrahlungen sämtlicher Kantenemitter 180 des Subsystems 18' entspricht.
Die Koppeleinrichtung 200 umfaßt dabei eine Kaskadenstruktur von einzelnen Koppelelementen 204, wobei in einer ersten Stufe 206 jedes einzelne der Koppelelemente 204 die Einzellaserstrahlung aus zwei zweiten Wellenleiterstrukturen 194 miteinander phasengleich kombiniert. In einer zweiten Stufe 208 kombiniert dann jedes der Koppelelemente 204 die bereits phasengleich kombinierte Laserstrahlung aus jeweils zwei Koppelelementen 204 der vorangehenden Stufe 206. In gleicher Weise koppelt jedes der Koppelelemente 204 der nächstfolgenden Stufe 210 wiederum die bereits phasengleich gekoppelte Laserstrahlung der aus jeweils zwei Koppelelementen 204 der vorangehenden Stufe 208, so lange, bis in einer letzten Stufe 212 das einzige Koppelelement 204 die phasengleich kombinierten Laserstrahlungen der Koppelelemente 204 der vorangehenden Stufe 210 kombiniert und somit in den Ausgangswellenleiter 202 die phasengleich kombinierte Überlagerung sämtlicher Einzellaserstrahlungen aller Kantenemitter 180 einkoppelt.
Um eine phasengleiche Kopplung in den einzelnen Koppelelementen 204 zu erreichen, umfaßt jedes einzelne Koppelelement 204, wie in 17 vergrößert dargestellt, einen ersten Eingang 220 und einen zweiten Eingang 222. Der zweite Eingang 222 ist mit einem Phasenstellglied 224 versehen. Das Koppelelement 204 ist ferner so aufgebaut, daß dieses in der Lage ist, die in den ersten Eingang 220 und den zweiten Eingang 222 eingekoppelte Laserstrahlung phasengleich auf einen ersten Ausgang 226 zu koppeln, so daß dort kohärente Laserstrahlung mit der Summe der Intensitäten der Laserstrahlung 220 und 222 auskoppelbar ist, während an einem zweiten Ausgang 228 keine Laserstrahlung auskoppelbar ist. Bei einem derart ausgebildeten Koppelelement ist daher der zweite Ausgang 228 mit einem Detektor für die Laserstrahlung 230 versehen, und dieser Detektor 230 mit einer Steuerung 232 gekoppelt, welche das Phasenstellglied 224 ansteuert. Die Steuerung 232 ist dabei so ausgebildet, daß sie stets das Phasenstellglied 224 so ansteuert, daß der Detektor 230 am zweiten Ausgang 228 keine Laserstrahlung detektiert. In diesem Fall ist zwangsläufig bei einem derart aufgebauten Koppelelement 204 am ersten Ausgang 226 die Summe der an den Eingängen 220 und 222 eingekoppelten Laserstrahlung in phasengleicher Überlagerung auskoppelbar.
Ist das Koppelelement 204 in Form einer Wellenleiterstruktur auf dem Substrat 184 angeordnet so läßt sich vorzugsweise auch das Phasenstellglied 224 auf dem Substrat 184 dann einfach realisieren, wenn das Substrat 184 aus einem elektrooptischen Material oder einem Halbleitermaterial aufgebaut ist. Im Fall eines Halbleitermaterials lassen sich vorzugsweise auch noch der Detektor 230 und die Steuerung 232 auf dem Substrat realisieren.
Um noch zusätzlich die Möglichkeit zu haben, das aus der letzten Stufe 212 austretende Laserstrahlungsfeld zu steuern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß deren Koppelelement 204 eine Steuerung 232' aufweist, die zusätzlich noch einen Steuereingang 234 umfaßt, über welchen ein zusätzlicher Eingriff möglich ist, um das Phasenstellglied 224 derselben extern anzusteuern, beispielsweise so, daß am zweiten Ausgang 228 des Koppelelements 204 der letzten Stufe 212 die phasengleiche Überlagerung der über die Eingänge 220 und 222 eingekoppelten Laserstrahlung anliegt. In diesem Fall tritt am ersten Ausgang 226 keine Laserstrahlung aus. Es lassen sich über den Steuereingang 234 aber auch beliebige Überlagerungen der an den Eingängen 220 und 222 eingekoppelten Laserstrahlungen generieren, so daß eine beliebige Modulation der am ersten Ausgang 226 auskoppelbaren Laserstrahlung möglich ist.
Die über den Ausgangswellenleiter 202 austretende Laserstrahlung wird dann in die Phasenjustiereinrichtung 82 eingekoppelt, welche in der beschriebenen Art und Weise durch die Steuerung 32 ansteuerbar ist. Die Phasenjustiereinrichtung 82 läßt sich dann im einfachsten Fall ebenfalls als Phasenstellglied auf dem Substrat 184 realisieren, so daß nachfolgend auf die Phasenjustiereinrichtung 82 eine Einkopplung der Laserstrahlung des Subsystems 18' in die diesem zugeordnete Monomodefaser 20 erfolgt.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele wurde nicht im einzelnen auf die Ausbildung der Masterhalbleiterlasersysteme 90 des Masterlaserstrahlungsgenerators 84 eingegangen.
Aus Gründen der Einfachheit besteht die Möglichkeit, diese Masterhalbleiterlasersysteme 90 in identischer Weise wie die Subsysteme 18 oder 18' aufzubauen und das von diesen zur Einkopplung in die Monomodefaser 20 erzeugte Laserstrahlungsfeld als Masterlaserstrahlung für weitere Masterhalbleiterlasersysteme einzusetzen oder als Masterlaserstrahlung für die Subsysteme 18 oder 18'.
In diesem Fall ist das von dem jeweiligen Masterlaserstrahlungssystem erzeugte Laserstrahlungsfeld über einen Strahlteiler wieder aufzuteilen, um als weitere Masterlaserstrahlung Einsatz zu finden.
Eine vereinfachte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Masterhalbleiterlasersystems 90, dargestellt in 18, weist ebenfalls wie das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Subsystems eine Reihe von Kantenemittern 180 auf, deren Einzellaserstrahlung in auf einem Substrat 184 angeordnete erste Wellenleiterstrukturen 182 einkoppelbar ist, wobei die ersten Wellenleiterstrukturen 180 mit Einkoppelelementen 186 verbunden sind, von welchen dann die zweiten Wellenleiterstrukturen 196 weg führen.
Jede dieser zweiten Wellenleiterstrukturen ist dann separat, beispielsweise mittels eines Wellenleiters 240, entweder zum nächstfolgenden Masterhalbleiterlasersystem 90 als Masterlaserstrahlung geführt oder zu einem der Subsysteme 18 oder 18'.
Hinsichtlich der Ausbildung der Einkoppelelemente 186 sowie der Kopplung sämtlicher Einkoppelelemente 186 wird vollinhaltlich auf die Erläuterungen zum zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Subsystems, dargestellt in 16, Bezug genommen.
In diesem Fall ist die von jedem Kantenemitter erzeugte Einzellaserstrahlung aufgrund der eingekoppelten Masterlaserstrahlung phasenstabil zur Einzellaserstrahlung sämtlicher Kantenemitter des Masterhalbleiterlasersystems 90 oder des Grundmasterlasers 86, jedoch nicht notwendigerweise phasengleich. Eine derartige phasenstabile Beziehung der Phasenlage reicht aus, um die Einzellaserstrahlung jedes einzelnen Kantenemitters wiederum als Masterlaserstrahlung einzusetzen, wobei die aus einer zweiten Wellenleiterstruktur 196 ausgekoppelte Masterlaserstrahlung relativ zur Masterlaserstrahlung einer anderen zweiten Wellenleiterstruktur 196 des Masterhalbleiterlasersystems 90 ebenfalls eine starre Phasenbeziehung aufweist und die Phasenlage nicht identisch zu sein braucht. Ferner ist die Wellenlänge der Masterlaserstrahlung in jeder der zweiten Wellenleiterstrukturen 196 dieselbe, da die über die Einkoppelelemente 186 eingekoppelte Masterlaserstrahlung alle Kantenemitter 180 auf exakt derselben Wellenlänge arbeiten läßt.
Eine weitere alternative Lösung eines erfindungsgemäßen Masterlaserstrahlungsgenerators, dargestellt in 19, basiert auf der Verwendung von Subsystemen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall wird über den durch einen einzigen Halbleiterlaser gebildeten Grundmasterlaser 86 ein Masterhalbleiterlasersystem 90 mit Masterlaserstrahlung versorgt, welches entsprechend der ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Subsystems, dargestellt in 8 ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der in 8 dargestellten ersten Variante entfällt bei der Abbildungsoptik 114 das zweite Element 116, so daß diese lediglich das erste Element 112 aufweist, so daß die von den Masterhalbleiterlasern 88 erzeugten Einzelstrahlungsfelder 242 sich parallel zueinander ausbreiten und einen ersten zur Einkopplung der Masterlaserstrahlung dienenden Strahlteiler 244 durchsetzen und auf eine Serie von weiteren Strahlteilern 246₁ bis 246_Y treffen, die dazu dienen, die Einzellaserstrahlungsfelder 242 wiederum in Masterhalbleiterlasersysteme 90'₁ bis 90'_Y einzukoppeln, die ihrerseits wiederum ebenfalls mit einer Abbildungsoptik 114 ohne das zweite Element 116 Masterlaserstrahlung erzeugen, wobei beispielsweise die Masterlaserstrahlung des Masterhalbleiterlasersystems 90'₁ in mehrere, gemäß der ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels ausgebildete Subsysteme 18 mit dem jeweiligen Strahlteiler 132' einkoppelbar ist, wobei diese Subsysteme 18 dann ein in die Monomodefaser einkoppelbares Laserstrahlungsfeld 126 erzeugen.

Claims

Lasersystem zur Erzeugung eines kohärenten Laserstrahlungsfeldes, welches auf eine Zielfläche abbildbar ist, umfassend eine Vielzahl von phasenstabil zueinander arbeitenden Halbleiterlasern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterlasern (102, 180) ein Subsystem (18) bildet, daß alle Halbleiterlaser (102, 180) des Subsystems (18) durch durch eine Ausgangsseite der Halbleiterlaser (102, 180) eingekoppelte Masterlaserstrahlung mit derselben Wellenlänge phasenstabil zueinander arbeiten und daß aus den einzelnen Halbleiterlasern (102, 180) des jeweiligen Subsystems (18) austretende Einzellaserstrahlung durch eine Abbildungsoptik (114) des jeweiligen Subsystems (18) zu einem kohärenten Laserstrahlungsfeld zusammengefaßt ist.
Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über ein von der Einzellaserstrahlung durchsetztes Einkoppelelement (132, 150, 162,) des jeweiligen Subsystems (18) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über ein von dem kohärenten Laserstrahlungsfeld durchsetztes Einkoppelelement (132, 150) des jeweiligen Subsystems (18) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (114) aus den Einzellaserstrahlungen sich parallel zueinander ausbreitende Einzellaserstrahlungsfelder (120) mit jeweils im wesentlichen ebenen Wellenfronten bildet.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (114) das aus den Einzellaserstrahlungen eines Subsystems (18) gebildete kohärente Laserstrahlungsfeld (126) fokussiert.
Lasersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (114) alle Einzellaserstrahlungsfelder (120) eines Subsystems (18) in eine für dieses vorgesehene Singlemodefaser (20) fokussiert.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über die Einzellaserstrahlungsfelder (120) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über ein von allen Einzellaserstrahlungsfeldern (120) durchsetztes Einkoppelelement (132') des jeweiligen Subsystems (18) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über ein zwischen der Abbildungsoptik (114) und der Singlemodefaser (20) angeordnetes Einkoppelelement (132, 150, 162) des jeweiligen Subsystems (18) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (114) eine Phasenplatte (170) umfaßt, welche die Gleichverteilung der Intensität mit im wesentlichen ebener Wellenfront über einem Querschnitt des jeweiligen Einzellaserstrahlungsfelds (120) bewirkt.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über ein aus Wellenleitern gebildetes Einkoppelelement (150) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung über eine optische Diode (162) als Einkoppelelement des jeweiligen Subsystems (18) in die Halbleiterlaser (102, 180) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Halbleiterlaser (102, 180) des jeweiligen Subsystems (18) mit jeweils einem Teil der Masterlaserstrahlung (143) frequenz- und phasendefiniert betrieben sind und daß der jeweils in einen der Halbleiterlaser eingekoppelte Teil ein Phasenstellelement (P₁ bis P_N) des jeweiligen Subsystems (18) durchsetzt.
Lasersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenstellelemente (P₁ bis P_N) außerhalb der Einzellaserstrahlungsfelder (120) angeordnet sind.
Lasersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenstellelemente (P₁ bis P_N) Phasenlagen in den einzelnen Teilen der Masterlaserstrahlung vor deren Überlagerung mit den Einzellaserstrahlungsfeldern (120) einstellen.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Phasenstellelement (P₁ bis P_N) von einer Steuerung (S) definiert angesteuert ist.
Lasersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (S) eine relative Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder (120) zueinander mittels den Einzellaserstrahlungsfeldern (120) zugeordneten Detektorelementen (D₁ bis D_N) erfaßt.
Lasersystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (S) die relative Phasenlage der Einzellaserstrahlungsfelder (120) durch Überlagerung derselben mit einer Referenzlaserstrahlung (147, 164) erfaßt.
Lasersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzlaserstrahlung durch einen ausgekoppelten Teil der Masterlaserstrahlung (147, 164) gebildet ist.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser (102, 180) des Subsystems (18) in einer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser (102, 180) auf einem Substrat angeordnet sind.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser (102, 180) des Subsystems (18) in einer Fläche (106) angeordnet sind.
Lasersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser (102, 180) des Subsystems (18) in der Fläche (106) in einem definierten Flächenmuster angeordnet sind.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser des jeweiligen Subsystems (18) Vertikalemitter (102, 180) sind.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser (102, 180) des jeweiligen Subsystems (18) einen externen Auskoppelspiegel (112) aufweisen.
Lasersystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaser (102, 180) mit einem konkaven Auskoppelspiegel versehen sind.
Lasersystem nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppelspiegel (112) eintrittseitig der Abbildungsoptik (114) angeordnet ist.
Lasersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppelspiegel (112) als Beschichtung auf einem Element (112) der Abbildungsoptik (114) ausgebildet ist.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einzellaserstrahlung beeinflußt durch die Abbildungsoptik frei im Raum ausbreitet.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellaserstrahlung jedes Halbleiterlasers (180) in einen als Wellenleiterstruktur auf einem Träger (184) ausgebildeten ersten Wellenleiter (182) einkoppelbar ist.
Lasersystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wellenleiter (182) mehrerer Halbleiterlaser (180) auf einem gemeinsamen Träger (184) angeordnet sind.
Lasersystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wellenleiter (182) für die Einzellaserstrahlung aller Halbleiterlaser (180) des jeweiligen Subsystems (18) auf einem gemeinsamen Träger (184) angeordnet sind.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wellenleiter (182) die eingekoppelte Einzellaserstrahlung zu einem Einkoppelelement (186) führen, welches einerseits die Einzellaserstrahlung in einen zur Singlemodefaser (20) führenden zweiten Wellenleiter (196) weiterkoppelt und andererseits die Masterlaserstrahlung in die ersten Wellenleiter (182) einkoppelt.
Lasersystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wellenleiter (196) als Wellenleiterstruktur auf einem Träger (184) ausgebildet sind.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelelemente (186) als Wellenleiterstrukturen auf einem Träger (184) angeordnet sind.
Lasersystem nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einkoppelelemente (186) des jeweiligen Subsystems (18) auf einem gemeinsamen Träger (184) angeordnet sind.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppeleinrichtung (200) zwischen den zweiten Wellenleitern (196) und der Singlemodefaser (20) angeordnet ist.
Lasersystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (200) jeweils zwei Eingänge (220, 222) und mindestens einen Ausgang (226) aufweisende Koppelelemente (204) umfaßt und daß an dem jeweiligen Ausgang (226) die an den Eingängen (220, 222) eintretenden Strahlungen überlagert sind.
Lasersystem nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Koppelelemente (204) mit einem Phasenstellglied (224) versehen ist, um die sich jeweils in den zwei Wellenleiterstrukturen ausbreitenden Laserstrahlungen in dem Koppelelement (204) phasendefiniert zu überlagern.
Lasersystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Koppelelemente (204) zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist und daß an einem Ausgang (228) ein Strahlungsdetektor (230) angeordnet ist, durch welchen das Phasenstellglied (232) steuerbar ist.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (204) als Wellenleiterstrukturen auf dem Träger (184) angeordnet sind.
Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlung für alle Subsysteme (18) durch einen Masterlaserstrahlungsgenerator (84) erzeugbar ist.
Lasersystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Masterlaserstrahlungsgenerator (84) alle Subsysteme (18) mit derselben Wellenlänge und relativ zueinander phasenstabil betreibt.
Lasersystem nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Masterlaserstrahlungsgenerator (84) jedes der Subsysteme (18) mit Masterlaserstrahlung versorgt, welche aus einer einzigen Grundmasterlaserstrahlung abgeleitet ist.
Lasersystem nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Masterlaserstrahlungsgenerator (84) als Masterlaserstrahlungskaskade ausgebildet ist.
Lasersystem nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlungskaskade einen Grundmasterlaser (86) und über dessen Grundmasterlaserstrahlung mit derselben Wellenlänge und relativ zueinander phasenstabil arbeitende Masterhalbleiterlasereinheiten (88) eines Masterhalbleiterlasersystems (90) aufweist.
Lasersystem nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterlaserstrahlungskaskade mehrere Masterhalbleiterlasersysteme (90) aufweist, die in einer Kaskade angeordnet sind, in welcher ein Masterhalbleiterlasersystem (90) seinerseits die Masterlaserstrahlung für weitere Masterhalbleiterlasersysteme (90) erzeugt.
Lasersystem nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterhalbleiterlasersysteme (90) in derselben Weise aufgebaut sind wie die Subsysteme (18) des Lasersystems gemäß einem der Ansprüche 2 bis 41.